本文來(lái)自微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”。
隨著各種新興應(yīng)用發(fā)展，在終端產(chǎn)品需求多元化與客制化的趨勢(shì)下，異質(zhì)整合封裝技術(shù)在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)扮演至關(guān)重要的角色。透過(guò)異質(zhì)整合封裝技術(shù)，可在更小的空間內(nèi)整合多種芯片，以達(dá)到更佳的效能與更好的整合度。
在高效能運(yùn)算、資料中心、醫(yī)療和航太等應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于高可靠度、高效能和降低功耗的需求不斷提升，因此異質(zhì)整合封裝技術(shù)的應(yīng)用也愈廣泛。此外，ChatGPT掀起生成式人工智能（AIGC）熱潮，隨著AIGC應(yīng)用普及，人們對(duì)高效能運(yùn)算需求增加。未來(lái)AIGC應(yīng)用所需的運(yùn)算需求將持續(xù)提升，小芯片異質(zhì)整合架構(gòu)設(shè)計(jì)和先進(jìn)的封裝技術(shù)，提供更高效的芯片整合方式與封裝技術(shù)，有效提升芯片的運(yùn)算效能與可靠性。
異質(zhì)整合封裝的核心技術(shù)為先進(jìn)封裝技術(shù)，由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上IC設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）、半導(dǎo)體制程、材料、設(shè)備等亦為異質(zhì)整合封裝須共同整合的技術(shù)，大廠透過(guò)籌組產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，積極推動(dòng)芯片間傳輸規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化，除可降低設(shè)計(jì)成本，也讓不同廠商、代工廠的晶粒能在單一封裝內(nèi)整合。UCIe聯(lián)盟與臺(tái)積電3DFabric聯(lián)盟就是異質(zhì)整合封裝發(fā)展趨勢(shì)中的聯(lián)盟。
英特爾2022年3月邀請(qǐng)臺(tái)積電（2330）、三星、超微、微軟、Google、日月光等大廠組成UCIe聯(lián)盟，致力將小芯片資料傳輸架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，以降低小芯片先進(jìn)封裝設(shè)計(jì)成本，為未來(lái)高階運(yùn)算晶片開發(fā)主推的小晶片整合技術(shù)平臺(tái)。UCIe聯(lián)盟目標(biāo)是制定統(tǒng)一小芯片／晶粒間的傳輸規(guī)范，實(shí)現(xiàn)晶粒「隨插即用」，滿足高階運(yùn)算晶片持續(xù)提升運(yùn)算單元密度，以及整合多元功能的需求。
UCIe聯(lián)盟成立一年就有超過(guò)100個(gè)會(huì)員，包括半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈不同類型的業(yè)者。目前成員以美國(guó)業(yè)者最多，其次依序?yàn)橹袊?guó)大陸與臺(tái)灣；次產(chǎn)業(yè)方面以IC設(shè)計(jì)業(yè)者最多，記憶體與IC封測(cè)業(yè)者次之。
UCIe聯(lián)盟成員分三個(gè)級(jí)別：發(fā)起人、貢獻(xiàn)者、采用者。臺(tái)灣加入聯(lián)盟的貢獻(xiàn)者包括聯(lián)發(fā)科、世芯、愛普、創(chuàng)意、華邦電、矽品等六家業(yè)者；采用者包括神盾、干瞻、創(chuàng)鑫智慧、威宏、群聯(lián)、力積電等六家業(yè)者。作為聯(lián)盟發(fā)起人，英特爾、臺(tái)積電、日月光等的先進(jìn)封裝技術(shù)架構(gòu)如EMIB、CoWoS、FOCoS，亦將成為未來(lái)高階運(yùn)算芯片開發(fā)主推的小芯片整合技術(shù)平臺(tái)。
圖／經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)提供
另外，臺(tái)積電2022年10月成立3DFabric聯(lián)盟，以加速創(chuàng)新及完備3D IC的生態(tài)系統(tǒng)。聯(lián)盟提供開放平臺(tái)，成員可以共享技術(shù)、知識(shí)和資源，加速3D芯片堆疊技術(shù)發(fā)展。該聯(lián)盟亦提供成員最佳的全方位解決方案與服務(wù)，支援IC設(shè)計(jì)、制造、封裝測(cè)試、記憶體模組、載板等多個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)。
加入3DFabric聯(lián)盟的業(yè)者包括世芯、創(chuàng)意、日月光、矽品等，以及微軟、三星、SK Hynix等國(guó)際合作伙伴，共建多元生態(tài)系統(tǒng)。
IC設(shè)計(jì)服務(wù)方面，世芯與創(chuàng)意分別提供能支援高效能運(yùn)算和記憶體需求的先進(jìn)封裝相關(guān)服務(wù)，以滿足AI和HPC市場(chǎng)。世芯2023年1月完成3奈米N3E制程AI／HPC測(cè)試芯片設(shè)計(jì)定案，并提供臺(tái)積電CoWoS先進(jìn)封裝設(shè)計(jì)與投產(chǎn)服務(wù)。創(chuàng)意2023年4月宣布采用臺(tái)積電CoWoS-R先進(jìn)封裝技術(shù)完成3奈米8.6Gbps HBM3與5Tbps／mm GLink-2.5D IP設(shè)計(jì)定案。
記憶體方面，華邦電與IC設(shè)計(jì)服務(wù)業(yè)者智原合作開發(fā)CUBE 3D Memory IP，并于2023年2月宣布提供3DCaaS（3D CUBE as a Service）一站式服務(wù)平臺(tái)，加速客制化邊緣運(yùn)算的發(fā)展。力積電則是推出3D架構(gòu)AIM芯片制程平臺(tái)，提供邏輯與記憶體解決方案，協(xié)助客戶縮短AI產(chǎn)品開發(fā)時(shí)程。
臺(tái)積電與聯(lián)電皆致力于異質(zhì)整合布局。臺(tái)積電2022年6月啟用日本筑波3D IC研發(fā)中心，專注研究下世代3D IC與先進(jìn)封裝技術(shù)的材料。臺(tái)積電也積極擴(kuò)充3D Fabric先進(jìn)封裝產(chǎn)能，預(yù)計(jì)至2025年無(wú)塵室面積規(guī)模將擴(kuò)稱至2021年的二倍以上。聯(lián)電2023年2月宣布與Cadence共同開發(fā)3D IC混合鍵合參考流程，已通過(guò)聯(lián)電芯片堆疊技術(shù)認(rèn)證。
IC封測(cè)方面，日月光去年推出先進(jìn)封裝VIPack平臺(tái)，為異質(zhì)整合架構(gòu)提供垂直互連整合封裝解決方案。IC載板大廠欣興則導(dǎo)入多芯片異質(zhì)整合封裝的技術(shù)平臺(tái)。
異質(zhì)整合封裝將不同功能、尺寸的芯片整合至同一個(gè)芯片封裝中，并透過(guò)封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)性，提升系統(tǒng)效能、功耗表現(xiàn)與成本效益，是未來(lái)高效運(yùn)算及物聯(lián)網(wǎng)多元終端應(yīng)用的重要支持技術(shù)。加速異質(zhì)整合封裝的發(fā)展，需要國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈跨領(lǐng)域多元整合的生態(tài)體系，強(qiáng)化不同領(lǐng)域之合作與交流，實(shí)現(xiàn)技術(shù)整合與創(chuàng)新，從而提升臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
